Yerçekimi (Kütleçekim ) Hakkında Fenomen Sorular

 
Konu yerçekimi olunca bazen cok ilginç sorularla karşılaşırız.özellikle Küre dünyaya inanmayan ve yerçekimine inanmayan veya yerçekimini anlamakta zorluklar çeken insanlar bazen İlkokul seviyesinde sorular yöneltiyorlar.Akla ziyan bazı  sorulara gelince.
"Dünya yuvarlaksa aşağıda kalan insanlar neden aşağıya düşmüyor","Denizler Tonlarca litre olmasına rağmen neden uzaya dökülmez?","Yerçekimi varsa uçaklar ve balonlar nasıl uçar?","dünya yuvarlaksa aşağıdaki insanın ayakları yukarda kafası aşağıda olması gerekmezmi?" ,"yerçekimi keyfine göremi çeker bu kadar kuvvetliyse nasıl zıplayabiliyoruz?"gibi  akla ziyan sorular sorarlar.Bunlara kısaca bir göz atalım.
  
Kütle çekim kuvveti nedir?
Kütle çekim kuvveti, bir kütleye sahip olan herhangi bir cismin diğer cisimlere uyguladığı kuvvetin ismidir. Yer çekimi, fizikteki dört temel kuvvetten en zayıf olanı, güçlü kuvvetten yaklaşık 10³⁸ kat daha zayıf, elektro manyetik kuvvetten 10³⁶ ve zayıf kuvvetten 10²⁹ kat daha zayıftır. Sonuç olarak, atom altı parçacıkların seviyesinde belirgin bir etkisi yoktur. Aksine mikroskobik ölçekte hakim güçtür ve astronomik cisimlerin şeklinin oluşumunda ve yörüngesinin belirlenmesinde aktif güçtür. Örneğin, “yerçekimi dünya ve diğer güneş sistemindeki gezegenlerin güneşin etrafında dönmesini sağlar.”
Güneş Sistemi’nin oluşumu ve evrimi, yıldızlı galaksilerin Planck çağında geliştirilen muhtemelen, kuantum vakum veya sanal parçacık gibi muhtemelen ilkel bir durumdan bilinmeyen bir şekilde olmuştur ve tutarlı bir ağırlık kuramı geliştirmek için girişimler kuantum mekaniği ve yerçekiminin ortak bir matematiksel çevrede diğer üç fiziğin kuvvetiyle birleşmesine izin verecek olan teori, güncel bir araştırma alanıdır. Eğer Dünya’nın ki ile karşılaştırılabilir bir kütleye sahip bir nesne yörüngesinden çıkarak dünyayı çekim etkisine alsaydı, Dünya’nın karşılık gelen ivmesi gözlemlenebilirdi. Yani evreni dengede tutan kuvvet olarak da adlandırabiliriz.
 

Dünya yuvarlaksa aşağıda kalan İnsanlar Dünya'dan neden düşmüyorlar?Dünya yuvarlaksa aşağıdaki insanın ayakları yukarda kafası aşağıda olması gerekmezmi?

Düşme kavramı yer çekimiyle ilgili. Olmasaydı savrulurduk uzaya.Dünyanın ters tarafını veya aşağı kalan kısmını düşünürken hata ediyoruz.çünkü ordaki insanlara göre orası alt filan değil.Olay göreceli yani.Optik yanılgı gibi birşey. Terslik düzlük dediğimiz şeyin göreceli olduğunu kavramalıyız.Eğer ters durursak ,baktığımız küredeki alt dediğimiz kısımda değişecektir. Yerçekimi dünyanın tam ortasında,dünyanın neresinde olursanız olun sizi ortaya doğru cekecektir.Olay tamamen göreceli yani.
Bunu dahada basite indirgeyebilirmiyiz ve bir ilkokul cocuğu veya seviyesinde birisi sorduğunda bunu nasıl örnekleriz derseniz,
Bunu çocuğa anlatmak için ona bir portakal verin veya bir top ve sonra aşağısının neresi olduğunu sorun eğer bir yer gösterirse ki büyük ihtimalle elinde tuttuğunda aşağı denk gelen kısmı gösterecektir. Sonra gösterdiği yere onun göremeyeceği bir işaret bırakın ve portakalı tekrar ona verin bir daha göstermesini isteyin . Yeni gösterdiği yer büyük ihtimalle başka bir yer olacaktır. Ondan sonra aşağısı veya yukarısı diye bir şey olmadığını ona anlatabilirsiniz.
 

Görsel Telif:NASA[1]

Uzayda aşağı yukarı kavramı yoktur. Dünyanın dev kütlesi seni kendine çektiği için, dünyanın neresinde olursan ol seni kendisine çeker. Kuzey Antartikaya gitsen Güney Antartika aşağıda dersin, Güneye gitsen Kuzey aşağıda dersin aslında dünyanın her noktası senin için yukarı taraftır, algına göre. Madde maddeyi çeker.Fizikte zaten Kuzey,Güney,Doğu ve Batı denir buna.

Uzay boşluğunda olduğunu düşün, yanında bir de büyük bir kamyon var, yer çekimine göre sen yavaş yavaş kamyona doğru çekilirsin. büyük kütleli cisimler küçük kütleli cisimleri kendine doğru çeker. kısaca kütle uzay zamanı büker. 
 Peki Aşağı neresi ?

Biz fiziksel algımızla aşağıyı yerçekimine göre belirliyoruz zaten. Yan yere basan ayaklarımız aşağıyı ! gösteriyor.
Oysa dünyanın tam ters tarafında olanlar bizim tersimiz. Onların ayakları bizim kafamızı (yukarıyı) gösteriyor.

Uzayda aşağısı diye bir kavram da yoktur. Bunun olması için evrenin bilinen sabit ve yönleri belli bir merkezinin olması lazım.
Yani aşağısı mı var?- yok .Aşağısı evren sonsuz bir boşluk. Her yer aşağı ve her yer yukarı. Aynı zamanda hiçbir yer aşağı veya yukarı değil. En basitinden bir örnek, biz gökyüzüne bakınca gördügümüz tüm gezegenleri ve yıldızları yukarda dünyayı ise aşağıda zannediyoruz.Aslında biz aşağıda deiliz.Ay`da olsak bu defa Ay en aşağıda algısı oluşur.Biz Kuzey orası dedik diye orası yukarı. 
Bu kadar yeterlidir diye düşünüyoruz.Son olarak Nasrettin Hoca fıkrasıyla bitirelim bu konuya uyumlu,
Bir gün bir adam Nasrettin hocaya:
Hocam dünyanın ortası neresi diye sorar.
-Nasrettin hoca ayağıyla bastığı yeri göstererek:
-İşte burasıdır dünyanın ortası der.
adam inanmaz:
-Hadi be hocam der:
Nasrettin hocada buna karşılık:
-İnanmıyorsan ölç der.

 Yeni zelanda dünya haritası

 

Yer çekimi varsa,neden hafif olanlar daha geç yere düşüyor? Ağır olanları daha zor çekmesi gerekmez mi?

Sürtünmesiz ortamlarda serbest düşme a.t2 dir. burda ağırlığın ve hacmin hiç bir öneminin olmadığını gösterir. yani bir uçakla bir tüyü sürtünmesiz ortamda ilk hızları sıfırken aynı yerden bıraksanız aynı anda yere düşerler. sürtünme devreye girince f(direnç)=kav2 formülünden havanın direnci işin işine girer direnç ağırlığa eşit olursa da net kuvvet sıfır olarak hareketine devam eder hızlanamaz(ivmelenemez). bu yüzdendir ki ağır olan maddeler hafiflere göre daha çabuk düşerler.
Yani serbest düşme olayında alınan yol , ilk hızsız atılan bir cisim için : 1/2at^2 dir ( düşüş anında a yerine yer çekimi ivmesi olan g alınır ve x eksenine göre eksi yöndedir ) . ivme , kuvvet - kütle oranı olduğundan kütlesi büyük olan cismin yere düşüşü daha çabuk olur . burda kuvvet cismin ağırlığıdır .

Mıknatıs deneyi yaparsak büyük olanı daha mı çabuk çeker,yok hafif olanları mı?  

Mıknatıs deneyine gelince kütlesi büyük olan cisim zeminden kaynaklı sürtünmeye daha fazla maruz kalır bu yüzden mıknatısın manyetik alan kuvvetine daha zor yenilirler. Mıknatıs olayı genel çekim gibi bir durum değil tamamen manyetik alanla alakalı mıknatıslanma durumunda oluşan iki kuvvetin büyüklüğüde aynıdır. küçük cismin yere olan g'si büyük cismin g'sinden küçük olduğu için diğerinden daha kolay yol alır. (küçük olanla büyük olanın kesitleri aynı uzunlukları farklı olursa)

 

Yerçekimi varsa uçak nasıl uçar?

 

 

Yer çekiminden daha büyük kuvvet uygulayarak uçağın uçması sağlanır. bu kuvvet yok olursa uçak yer çekimine karşı koyamaz ve yere düşer.
uçakların uçmasını, havada tutunmasını, ilerlemesini sağlayan unsurlar vardır. bunlar gerçekleşmezse uçaklar uçamazlar.

bunlar;
- kaldırma kuvveti
- ağırlık merkezi &ağırlık
- geri sürükleme
- itme

bu kuvvetler birbirini tamamlayarak uçakların uçmasını sağlar. örneğin; kanatlar havada tutunmayı, motorlar ileri geri hareket etmeyi sağlar. uçakların uçması bernoulli prensibine dayanır. bir akışkanın, (bu gaz veya sıvı olabilir) hızı arttıkça basıncı düşer. bu ilkeden yola çıkarak, uygun kanat yapısını da buna ilave edersek, hava akımını kaldırma kuvvetine çevirmiş oluruz. ancak bu kaldırmanın olabilmesi için de hava akımını ve itmeyi sağlayacak motora ihtiyaç vardır. bunların yanı sıra aerodynamic bir yapıya, kumanda yüzeylerine ve iniş takımlarına da ihtiyaç vardır.

şimdi gelelim kaldırma kuvvetine: bir uçakta kanat yapısını inceleyecek olursak, su damlasını andıran bir yapısı olduğunu görürüz. ancak, kanat üst yapısı daha kavisli, alt yapısı ise üste nazaran daha düzdür. bu da bir basınç farklılığı yaratır. kanadın üstünde daha düşük bir basınç, alt yüzeyinde ise daha fazla bir basınç oluşur ki, bu da, kaldırma kuvveti sağlar.

şöyle ki; kanat yüzeyinin önüne çarpan hava akımı, kanadın üst yüzeyi daha kavisli olduğu için, hızlı bir şekilde, alt yüzey ise daha düz olduğu için, üste göre yavaş hareket eder. bu da yüksek bir basınç oluşumuna neden olur ve bir kaldırma kuvveti meydana gelir.

fakat bir uçağın kanadında oluşan bu kaldırma kuvvetinde uçağı havada tutabilmesi için de, uçak havalanma esnasında iken kaldırma kuvvetinin uçağın ağırlığından fazla olması, düz uçuşta ise eşit olması gerekir.

kanat yapıları uçakların hızına göre değişir. örneğin; düşük süratli uçaklarda kanat kısmı daha kavisli ve büyüktür. çünkü kavis arttıkça geri sürükleme artar. onun içindir ki yüksek süratli uçaklarda geri sürüklemeyi önlemek ve hızı azaltmamak için, kanat üst yapısının kavisi daha azdır. bu yüzden özellikle savaş uçaklarında kanattaki kavisler ve kalınlıkları daha azdır.onun içindir ki sürate ve amaca uygun olarak her uçak için ayrı özellikte kanat yapıları geliştirilmektedir.

Arabada giderken, en az 70-80 km hızda, elinizi dümdüz tutup (kanat gibi) camdan cikarinca cevabını alacağınız sorudur. hatta çok ufak açı değişiklikleriyle elinizin nasıl sizden bağımsız hareket ettiğini gözlemleyebilirsiniz mesela.Uçakla ilgili daha fazla detay istiyorsanız kaynak bölümündeki linke bakabilirsiniz.[2]

Dünya yuvarlaksa denizler neden dökülmez?

Cevaplandığında "Yerçekimi varsa bulutlar niye düşmüyor?" diye devam edecek olan sorulardan birisidir.Hatta fenomen olan bir soru vardı" Karadeniz neden Türkiye'nin üstüne dökülmüyor"sorusu:D

Yukarı ve aşağı gibi kavramlar, bu kavramı kullanan beyni taşıyan bedeni, bedenin etkileşim halinde olduğu nesneleri ektisi altında bulunduran, güçlü kütle çekim alanı olan bir gökcisimi üzerinde (nerdeyse ona yapışık) yaşandığı durumda, mekan içindeki hareketi ve konumu tanımlamak için kullanılmaktadır. küresel bir gök cisiminde, "aşağı" esasen o çekim kuvetinin etki yönü tarafında olan konumdur, daha geometrik olarak ifade edeceksek o kütle çekimini üreten büyük gök cismin ağırlık merkezine, yani dünyanın merkezine yakın noktadır. Yani everestin zirvesinin çukurovaya göre yukarıda olması bu iki noktadan birinin yerin merkezine uzak olmasıdır. Akarsular ve denizler de aynı çekim etkisi altında yerin merkezine doğru (aşağı) hareket etme, çekilmek durumundadırlar. Dünyanın kuzey yarım küresindekilerin uzaktan bakış açısına göre; dünyanın aşağısındaki denizler de yine yerin merkezine doğru çekilmektedir ve esasen o yöne doğru dökülmektedir ancak bir tasın içindeki su nasıl sabit kalıyorsa denizlerle kaplı kara parçaları da onu yerin merkezine doğru çekilir durumda muhafaza etmektedir.  

Denizler  yukarı yani karşı kuvvet uygulamaz .istisna durum  ise sadece Ayın manyetik alanından etkilenirler ve gelgitler (medcezir) oluşur şimdi bir düşünün bir cisim Newton yasalarına göre kuvvet uygulamadan durursa olduğu noktada kalır kuvvetten etkilenirse hareket eder şimdi denizler sadece Aydan etkileniyor hareketleniyor yani sağa ve sola ancak gidebiliyor ve kuvvetli dalgalar oluşturuyor, dünyanın çekim kuvvetine yeniliyor yukarı kuvvet uygulayamıyor şayet bizim gibi karsı  kuvvet uygulasaydı ve kuvvet harcasaydı yukarı doğru giderdi.Ay gibi bir de Güneşin etkisi var.Sonuçta karşı çekim kuvveti uyguluyor ama dünyanın çekim kuvveti baskın olduğu için sular gene aşağıda kalıyor.

Dünya Aydan daha ağırsa nasıl ay dünyayı yenip okyanusları havaya kaldırabiliyor?(medcezir)Ve neden heryerde farklı kuvvet uyguluyor?

 Eğer Ayın çekimi dünyayı yense idi ay dünyadaki tüm havayı suyu ve cisimleri vakumlardı.Sadece yer çekimi farkı oluşturabiliyor.Buda en fazla okyanuslarda görülür.
Yerçekimi suyun kendi içinde bir basıncı vardır.Ayın çekim kuvveti dünyadaki yer çekimini bölgesel olarak azalttıkça aya yakın (yer çekimi ivmesinin düşük olduğu) bölgelerde basınç azalır ve bu basınç farkı okyanusların kabarmasına neden olur. Yani suyu komple kaldıracak bir yer çekimi farkına ihtiyacımız yok en ufak bir yer çekimi farkı bile basınç farkına sebep olur ve yükseltiler oluşur.
Konuya basit bir örnek verelim, bir kovaya su doldurun ve içindeki suyu çevirerek karıştırın.Su döndükçe yan tarafları yükselir merkezi çöker. çünkü merkezcil ivme sayesinde bir basınç farkı oluşturmuş olursunuz. Kovayı yerden kaldıracak kadar bir kuvvet uygulamadan suda yükselti elde etmiş oluruz böylelikle.
Yükseklik farkı konusuna gelince cevap basit,bileşke kuvvet. Ayın çekim gücü dünyaya en yakın olduğu noktaya tam olarak yer çekimine zıt yönde kuvvet uygularken ilerledikçe bu kuvvetin açısı merkezden saptığı için farklı yükseklikler oluşur.

 

 

  

Balon nasıl uçar?

Balonlar yerçekimi ve sıcaklık transferinin temel prensipleri sayesinde uçarlar. Balonun içindeki hava ısındıkça balon yükselir. Balonun içindeki hava soğudukça balon alçalır. Balonu uçurmak için önce güçlü bir vantilatörle şişirilir, sonra da bu hava ısıtılır.Helyumun uçmasını da zeytinyağıyla suyun karışmayıp zeytinyağının üste çıkması gibi düşünün. Sürekli havadan yukarıya çıkmaya çalışıyor.

Nasıl zıplayabiliyoruz?

Cevap, zıpladıktan sonra fazla saniye bile geçmeden yerçekimi ile tanışıyoruz ve tekrar yere iniyoruz. Yerçekimi keyfine göre çekmez yani.Asıl sorulmak istenen ise tonlarca agırlıkta olan denizler dökülmüyorda biz nasıl zıplayabiliyoruzdur.Okyanuslar sizin zıplarken yaptığınızın aksine yukarı yani karşı kuvvet uygulamaz .Sadece Ayın manyetik alanından etkilenirler ve gelgitler oluşur şimdi bir düşünün bir cisim Newton yasalarına göre kuvvet uygulamadan durursa olduğu noktada kalır kuvvetten etkilenirse hareket eder şimdi okyanuslar sadece Aydan etkileniyor yani sağa ve sola gidiyor yukarı kuvvet harcamıyor şayet harcasaydı yukarı doğru giderdi ama sen yukarı doğru kuvvet uyguladığında zıplayabilirsin çünkü karşı kuvvet uygularsın.

Arkasından gelecek soruda şöyledir,"Ayın çekim kuvveti dünyaya göre çok az ve ayrıca tonlarca atmosferik ağırlığın altında ise  ay nasıl denizlerde gel git oluşturabiliyor?" 

Ay ile aramızda 300 bin km var bu da Ayın manyetik alanının suları 70-80 metre çekmesine olanak sağlıyor. Ayrıca bunu ay tek başına yapmıyor Ay gibi bir de Güneşin etkisi var.Sonuçta karşı çekim kuvveti uyguluyor ama dünyanın çekim kuvveti baskın olduğu için sular gene bize kalıyor.

Yerçekimi varsa bulutlar nasıl uçuyor?

  Bulutlar havada süzüldükleri için sanki yerçekimine karşı geliyorlar ve ondan etkilenmiyor gibi gözükürler. ama aslında yerçekimi bulutları etkiler. Yerçekimi bulutların şeklini ve büyüklüğünü etkiler ve böylece yağmurla karın yere düşmesine neden olur. Bulutlar; göl, nehir, deniz, okyanus ve topraktan buharlaşan suyla oluşur. sıcak hava ve güneş buharlaşmayı sağlar ve su buharıyla yüklü olan sıcak hava yükselir. Yükseldikçe de genleşir ve soğur. Böylece bulutlar oluşmuş olur. Soğuyan hava sıcak hava kadar çok su buharını bünyesinde tutamaz. Böylece fazla gelen su, yerçekiminin yere çektiği su damlalarına ve buz kristallerine dönüşür.

Yerçekimi yoktur,Gök itmesi vardır,

 Bu iddialarda bulunanlar önce şu soruları düşünsünler,

ısınan hava hafifleyip yukarı yükseldiğine göre Gök itimi onu neden itmiyor o zaman?

Madem gök itimi var ise, hafif olana daha çok etki etmesi gerekmez mi ?

Gezegenlerin yörüngede kalması, onu gök itimi nasıl sağlıyor?

Ay`da yerçekiminin dünyada'kinden 6 kat daha az olması gerçeğine ne dersiniz?Ay ile aynı göğe sahip değil miyiz?

Gök itimi varsa ve herşeyi itiyorsa dünyayıda beraberinde itmesi gerekmezmi?

Uzay itmiş olsa rüzgarın aşağıya dikey şekilde basınç uygulaması gerekmezmiydi?Neden her yönden rüzgar eser?Rüzgar çeşitliliklerini nasıl anlatacaklar?Bonus olarak bulutlar nasıl gökyüzünde kalabilir?

Sorulardan geçelim konumuza cevap vermeye.Atmosferin hacmini neyin belirlediğine baktığımızda, dünya'nın yerçekimi ve atmosferin en dış tabakası olan egzosfer'e etki eden kütle çekimidir. Atmosferin en dış sınırı bu iki kuvvetin birbirini dengelediği noktadır.Buda yerçekimini doğrular.

Fakat atmosfer genişliğinin yaklaşık on bin kilometre olduğunu biliyoruz ve bu on bin kilometre içinde bulunan hava kütlesinin bize uyguladığı bir basınç var. Ama bu basınç var diye yerçekimi yok diyemeyiz. Ayrıca bu basınç vücudun her tarafına aynı kuvvetle etki ettiği için yerçekiminin yerini tutmaz. Yani bizi dünya'nın merkezine itmez. Oyüzden yerçekimi yok deyip fizik yasalarını yıkmak saçma olur. 

Kütle çekim Sondası(gravity probe b)

Einstein'in genel görelilik kuramı ve "uzay zamanı"nın yapısını test edilmesi amacıyla Nasa tarafından 2004'te uzaya gönderildi. Amaç, Einstein'ın genel görelilik kuramında yaptığı kütleçekim tahminleri test etmekti. şimdiye kadar insan eliyle üretilmiş en pürüzsüz 4 adet küreyi içeren jiroskoplar uzayda yüksek hızda döndürülürken, kütleçekim etkisi ile dönme eksenlerinin sapıp sapmadığı ölçüldü. Sonuçlar 2011 yılında duyuruldu, kürelerin eksenlerindeki sapma Einstein'ın genel görelilik kuramında yaptığı kütleçekim tahminleri ile tutarlıydı.[4]

Albert Einstein'in teorisini kanıtlamak için  38 yıl ve 800 milyon dolar harcandı ve sonunda Einstein`ın haklı olduğu, cisimlerin uzayı büktüğü bu nedenle de her cismin kütlesi kadar çekime sahip olduğu yörüngeye yerleştirilen gelişmiş jiroskopik uyduların sapmalarının tam da einsteinın öngördüğü düzeyde olduğu görülmüştür. [5]

Yaptığı ölçümlerin yüksek hassasiyet gerektirmesi nedeniyle jiroskoplardan herhangi birinin yerçekimsel olmayan kuvvetlerden (e.g. solar radiation pressure, atmospheric drag etc.) yalıtılması ile yörünge kontrolü sağlayan yapay uydudur. Bahsi geçen kuvvetler uydunun yörüngesinde sapmalara sebep olur. Fakat uydu icinde uydunun gövdesine teması bulunmayan bir kütle (i.e. proof mass) bu kuvvetlerden etkilenmeden nominal yörüngeyi takip eder. Böylece uydu yörüngeden saptığında bu kütlenin uydu içindeki yeni pozisyonuna bakarak uydunun ne kadar saptığı ve sapmayı gidermek için ne kadar kuvvet (ya da ivme) uygulanması gerektiği belirlenebilir. Bu prensipten yararlanarak gravity probe b ve onun gibi yüksek hassasiyet gerektiren uydular yörünge kontrolü icin (drag free control )olarak adlandırılan bu ve benzer sistemleri kullanırlar. [6]

 

 

Kütleçekimi ve Etkisi: Bovling Topu Mu Hızlı Düşer, Tüy Mü?

   

 

Kaynaklar,

 1.https://spaceplace.nasa.gov/what-is-gravity/en/

2. http://www.ucakteknisyeni.com/havacilik/temel-havacilik/225-bir-ucak-nasil-ucar.html

3. cam.ac.uk(Cambridge University)

4. http://einstein.stanford.edu/index.html

5. https://news.stanford.edu/news/2007/april18/aps-041807.html

6.https://www.sciencedaily.com/releases/2007/04/070416164604.htm